ADC دلتا سيجما CM1110، 4 قنوات، 2kSPS، منخفض الطاقة، 16 بت

مبدأ التشغيل

يُعد الجهاز CM1110 عبارة عن محول تناظري رقمي صغير الحجم ومنخفض الاستهلاك للطاقة، ذو دقة 16 بت من نوع ΔΣ، ويدمج وظائف متعددة تقلل من تكلفة النظام وعدد المكونات في تطبيقات قياس المستشعرات ذات الإشارات الصغيرة.

بالإضافة إلى نواة المحول التناظري الرقمي ΔΣ ومرشح رقمي سريع الاستقرار بدورة واحدة، يحتوي الجهاز على مضخم تشغيلي قابل للبرمجة (PGA) منخفض الضوضاء وعالي المعاوقة عند المدخل، ومصدر جهد مرجعي داخلي، ومتذبذب ساعة إشارة. كما يشمل أيضًا مستشعر درجة حرارة دقيق عالي الدقة، ومصدرين تيار قابلين للبرمجة ومتطابقين (IDACs). ويُبسّط المفتاح الكهربائي الداخلي المنخفض الطرفية تصميم أجهزة استشعار الجسر منخفضة الطاقة. ويمكن تهيئة الجهاز من خلال أربع سجلات والتحكم فيه عبر ستة أوامر باستخدام واجهة متوافقة مع وضع SPI 1. ويظهر أدناه الرسم التخطيطي للكتل الوظيفية للجهاز.

يقيس الجهاز CM1110 إشارة الدخل التفاضلية VIN (الفرق الجهد بين AINP وAINN). يتكون نواة المحول من محول تفاضلي مزامن بتقنية المكثف المبدّل ΔΣ ومن مرشح رقمي. يقوم المرشح الرقمي بمعالجة تدفق البتات عالي السرعة الناتج عن المحول وإنتاج رمز رقمي يتناسب مع جهد الدخل.

يوفر الجهاز CM1110 نمطي تحويل: وضع التحويل الفردي ووضع التحويل المستمر. في الوضع الفردي، يقوم الجهاز بإجراء عملية تحويل واحدة على الإشارة المدخلة حسب الطلب، ويُخزّن النتيجة في ذاكرة مؤقتة داخلية، ثم ينتقل إلى حالة منخفضة الطاقة. بالنسبة للأنظمة التي تتطلب تحويلات دورية فقط أو التي تبقى في حالة السكون لفترات طويلة بين التحويلات، يمكن أن يقلل الوضع الفردي من استهلاك الطاقة بشكل كبير. في وضع التحويل المستمر، تبدأ عملية تحويل جديدة فور انتهاء السابقة. ويمكن قراءة البيانات في أي وقت دون القلق من حدوث تلف في البيانات، حيث تمثل البيانات المقروءة نتيجة أحدث عملية تحويل.

مبدل المدخلات

يتميز الجهاز CM1110 بمبدل مدخلات شديد المرونة، كما هو موضح في الشكل أدناه. ويمكنه قياس أربع إشارات منتهية من جهة واحدة، أو إشارتين تفاضليتين، أو مجموعة مكونة من إشارتين منتهيتين من جهة واحدة وإشارة تفاضلية واحدة. ويتم تهيئة المبدل من خلال المسجّل MUX[3:0].

عند قياس الإشارات الفردية، يتم توصيل المدخل التفاضلي السالب (AINN) داخليًا بـ AVSS من خلال جهاز التعدد. يمكن اختيار مدخل المحول التناظري الرقمي إما أن يكون جهد التغذية التناظري مقسومًا على ستة، (AVDD – AVSS)/6، أو جهد المرجع الخارجي مقسومًا على ستة، (VREFPx – VREFNx)/6، مما يمكّن من مراقبة حالة تشغيل النظام.

يمكن أيضًا لتعددية القناة توجيه مصدري التيار القابلين للبرمجة إلى أي مدخل تناظري (AINx) أو إلى أي دبوس مرجعي (REFP0، REFN0). وتُحمي أقطاب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) المتصلة بـ AVDD وAVSS المدخلات. ولمنع أقطاب التفريغ الكهروستاتيكي من التوصيل، يجب أن يبقى الجهد المطلق لجميع المدخلات ضمن النطاق المحدد بالمعادلة (1):

AVSS − 0.3 فولت < VAINx < AVDD + 0.3 فولت (1)

إذا كان من الممكن أن يتجاوز الجهد عند دبوس إدخال الحدود المذكورة أعلاه، فيجب استخدام ديودات تثبيت شوتكي خارجية أو مقاومات متسلسلة للحد من تيار الإدخال إلى مستوى آمن (انظر جدول التقييمات القصوى المطلقة). قد يؤثر تشغيل دبابيس الإدخال غير المستخدمة بجهد زائد على عمليات التحويل الجارية؛ وفي مثل هذه الحالات، يُوصى باستخدام ديودات شوتكي خارجية لتثبيت الإشارات.

تطبيق المحول التناظري الرقمي عالي الدقة وذو استهلاك الطاقة المنخفض (CM1110) في الأتمتة الصناعية

1. مقدمة

تشكل الشرائح CM1103/CM1106 محولات تناظرية رقمية متكاملة بشدة، عالية الدقة، ومنخفضة الاستهلاك للطاقة والتكلفة، قدمتها شركة سيمومو ل микроإلكترونيات. وبما توفره من دقة عينة تصل إلى 7 ميكرو فولت، يمكنها تلبية متطلبات معظم تطبيقات قياس أجهزة استشعار الحرارة. كما تتيح مقاومتها المدخلية التي تبلغ عدة ميغا أوم توصيل المحولات مباشرة بأغلب أجهزة الاستشعار المقاومية دون التأثير على دقة الجهاز.

توفر سلسلة CM110x واجهتي I²C وSPI، مما يسهل على العملاء الاتصال بمعالجات مختلفة. كما تدمج CM1106 مستشعر درجة حرارة داخليًا عالي الدقة يمكن استخدامه مباشرة لقياس درجة حرارة اللوحة الإلكترونية (PCB) ولتعويض النقطة الباردة في تطبيقات الزوج الحراري.

2. ميزات سلسلة CM110x

• تشغيل من مصدر طاقة واحد من 2.5 فولت إلى 5.5 فولت

• استهلاك طاقة شديد الانخفاض: 270 ميكرو أمبير (في وضع التحويل المستمر)

• تيار وضع السكون: 2 ميكرو أمبير

• معدل بيانات الإنتاج القابل للبرمجة: من 6.25 عيّنة في الثانية إلى 2000 عيّنة في الثانية

• مصدر جهد داخلي دقيق قابل للبرمجة مع انحراف حراري بمقدار 10 جزء في المليون/°م

• مدى إدخال تناظري قابل للبرمجة: ±0.256 فولت إلى ±6.144 فولت

• مستشعر درجة حرارة داخلية عالي الدقة (CM1106)

• مقارن تناظري قابل للبرمجة مدمج (CM1103)

• أربع مدخلات منتهية / قناتا إدخال تفاضليتان

3. نظرة عامة على الحل

مع التطور السريع للأتمتة الصناعية وزيادة ذكاء المصانع، شهدت الأجهزة الصناعية الآلية تطورًا في السنوات الأخيرة، انتقلت من الأجهزة التناظرية إلى الأجهزة الرقمية. وبمساعدة وحدات التحكم الدقيقة و الاستخدام - الدوائر المتكاملة المحددة، الأتمتة الصناعية منتجات أصبحت تدريجيًا أكثر ذكاءً.

تُعد درجة الحرارة معلمة حاسمة في الإنتاج الصناعي، وتؤدي أجهزة استشعار درجة الحرارة دورًا محوريًا في جميع مجالات الأتمتة الصناعية. بناءً على تقنيات الاستشعار المختلفة، تتوفر أجهزة استشعار درجة الحرارة بعدة أشكال، مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، وأجهزة كشف مقاومة درجة الحرارة، والثيرمستورات، والأزواج الحرارية، وأجهزة استشعار RTD. إن جميع هذه التطبيقات الخاصة بقياس درجة الحرارة مناسبة بشكل خاص لمعالجة الإشارات وجمع البيانات باستخدام سلسلة CM110x.

بالإضافة إلى أجهزة استشعار درجة الحرارة، فإن الطراز CM110x—باستغلال مزاياه المتأصلة—مناسب بشكل خاص لمجموعة واسعة من تطبيقات الاستشعار الصناعي، مثل أجهزة قياس المستوى المقاوم، وأجهزة استشعار الغاز المقاوم، وتحليل جودة المياه، وأجهزة قياس العكورة. وعادةً ما تكون لهذه الأجهزة مقاومة عالية عند الخرج وحساسية منخفضة نسبيًا، مما يتطلب في كثير من الأحيان استخدام مضخمات تشغيل دقيقة عالية للقيام بمعالجة الإشارة وتكبيرها.

4. مزايا المنتج

يجمع الجهاز CM110x بين المعاوقة العالية للمدخلات، والدقة العالية، واستهلاك منخفض للطاقة، مما يوفر مزايا كبيرة في تطبيقات الاستشعار الصناعي المختلفة. ويساعد العملاء على رفع مستوى التكامل في أجهزة الإرسال الصناعية مع تقليل التكلفة الإجمالية للنظام واستهلاك الطاقة.